Controllo di livello nei sistemi di automazione industriale

Molti sistemi di automazione richiedono la misurazione del livello. E ci sono molti settori in cui è necessaria la misurazione del livello. Oggi esistono moltissimi sensori di livello che permettono di misurare molte grandezze fisiche legate alla quantità in vasca di un certo materiale.

I sensori di primo livello funzionavano solo con liquidi, ma ora, grazie ai progressi, ci sono sensori per materiali sfusi. I misuratori di livello e gli interruttori di livello consentono di monitorare continuamente il livello e controllare se il materiale raggiunge il livello specificato. In questo articolo ci concentreremo sui tipi di misuratori di livello moderni.

Oggi i sensori di livello possono funzionare sia con liquidi che con materiali sfusi e persino con gas e il materiale può essere posizionato sia nel contenitore che nella tubazione. I sensori sono suddivisi in a contatto e senza contatto e, a seconda del metodo di installazione, possono essere progettati per l'installazione nel corpo di una tubazione o di un contenitore con il materiale misurato o sopra il materiale misurato.

I sensori di primo livello funzionavano sul semplice principio di un galleggiante e utilizzavano un metodo per chiudere i contatti con il materiale. Ora i sensori hanno subito miglioramenti, contengono circuiti nel loro design che forniscono una serie di funzioni aggiuntive, come misurare il volume, la portata, segnalare quando viene raggiunto il limite, ecc. I risultati della misurazione possono essere elaborati e memorizzati.

Indipendentemente dal fatto che l'industria tratti materiali liquidi, viscosi, gassosi, scorrevoli, appiccicosi o pastosi, esiste sempre il sensore di livello giusto per l'ambiente giusto. Acqua, soluzione, alcali, acido, olio, olio, carburanti e lubrificanti, granuli di plastica: l'ambito di applicazione è molto ampio e i sensori basati su diversi principi fisici consentono di scegliere quello adatto a condizioni specifiche e per quasi tutte le attività.

L'hardware del sensore è costituito da due parti: il sensore stesso e lo strumento di visualizzazione dei dati. Sensori di contatto e senza contatto, cambiamento costante e tracciamento dei confini: la gamma di capacità dei sensori oggi è piuttosto ricca.

Il tipo di sensore scelto è determinato dalle specifiche del processo industriale e dall'ambiente in cui opererà il sensore. Con gli strumenti di visualizzazione, il processo di misurazione può generare grafici per analizzare le informazioni a livello di prodotto, facilitando notevolmente l'automazione.

I misuratori di livello vengono utilizzati per il monitoraggio continuo del livello di materiali sfusi o liquidi in serbatoi naturali e artificiali. Misurano il livello con una risoluzione da pochi millisecondi a decine di secondi.

Sono utilizzati per monitorare il livello di soluzioni acquose, acidi, basi, alcoli, ecc., nonché materiali sfusi.Sono di contatto e senza contatto e secondo i principi fisici sono completamente diversi. Diamo un'occhiata a ciascun tipo in modo più dettagliato.

Indicatori di livello radar a microonde

Sono utilizzati per il monitoraggio continuo del livello, sono universali. L'opera utilizza il fenomeno della riflessione di un'onda elettromagnetica dall'interfaccia tra due media. La frequenza delle onde va da 6 a 95 GHz, e più è alta, più è bassa la costante dielettrica materiale misurato, ad esempio per i prodotti petroliferi, la frequenza delle onde dovrebbe essere massima. Ma la costante dielettrica non dovrebbe essere superiore a 1,6.

Poiché il sensore funziona come un radar, non teme le interferenze e l'alta frequenza delle onde riduce al minimo l'influenza parassitaria della pressione e della temperatura nella nave. I sensori radar con frequenze operative così elevate sono immuni a polvere, vapore e schiuma.

A seconda del tipo e delle dimensioni dell'antenna del sensore, la precisione del dispositivo può variare. Più grande e ampia è l'antenna, più forte e preciso sarà il segnale, maggiore è la portata, migliore sarà la risoluzione. La precisione dei sensori radar a microonde è entro 1 mm, possono funzionare a temperature fino a +250 ºС e misurare il livello fino a 50 m.

I misuratori di livello radar sono utilizzati in molti settori in cui vengono movimentati materiali sfusi: nell'edilizia, nella lavorazione del legno, nell'industria chimica, nell'industria alimentare, nella produzione di plastica, vetro e ceramica. Sono applicabili anche per misurare il livello di liquidi.

Strumenti di misura acustica

Vengono utilizzate onde acustiche che, quando riflesse dalla sostanza osservata, vengono ricevute ed elaborate.Il software filtra il segnale desiderato rilevando gli echi spuri.

Il segnale viene trasmesso con un impulso potente, quindi le perdite e l'attenuazione sono minime. A seconda della temperatura, il segnale viene compensato e la precisione rimane elevata, entro un quarto di punto percentuale. Il sensore è montato verticalmente o ad angolo. Il livello di cambiamento può essere fino a 60 metri. Temperatura di esercizio fino a +150 ºС. A prova di esplosione.

I manometri acustici sono utilizzati in molti settori, dai sistemi di automazione del carico con gru e sistemi di monitoraggio del livello delle acque reflue nelle fosse settiche, alla produzione di cioccolato.

Misuratori di livello ad ultrasuoni

Vengono ricevute le vibrazioni ultrasoniche riflesse dall'interfaccia tra i due mezzi e viene misurato l'intervallo di tempo tra il momento in cui il segnale viene inviato e quello ricevuto. La discrezione è di pochi secondi, ciò è dovuto alla velocità finita del suono nell'aria. Il livello massimo di misurazione raggiunge i 25 metri.

Il software consente di preconfigurare il sensore in modo che si spenga durante il periodo in cui un meccanismo passa sotto di esso, ad esempio una lama di agitazione. È possibile controllare il sensore da un computer. Installato verticalmente sopra il materiale o ad angolo. Precisione entro un quarto di punto percentuale. Temperatura di esercizio fino a +90 ºС. A prova di esplosione.

I misuratori di livello ad ultrasuoni vengono utilizzati per monitorare il livello di materiali sfusi in molti settori, dai cementifici alle industrie chimiche e alimentari.

Indicatori di livello idrostatici

Misurare la pressione del liquido sul fondo del contenitore. La deformazione dell'elemento sensibile viene convertita in un segnale elettrico. Quando si misura la pressione differenziale, è necessario un collegamento all'atmosfera.Adatto per lavorare con acqua e altri liquidi non aggressivi, per paste, ecc. Può lavorare sia in ambienti aperti che chiusi, in piscine, pozzi, ecc.

La quantità di pressione dipende dalla densità del liquido e dal suo volume nel serbatoio, dall'altezza della colonna di liquido. L'indicatore di livello può essere sommergibile o normale: viene rimosso un tubo capillare per il contatto con l'atmosfera oppure il trasmettitore viene tagliato direttamente sul fondo del serbatoio.

Durante l'installazione, è necessario escludere una falsa fissazione della pressione del flusso del liquido quando viene pompato nel serbatoio. Precisione entro un quarto di punto percentuale. Temperatura di esercizio fino a +125 ºС.

I misuratori di livello idrostatici trovano largo impiego nell'industria chimica nei serbatoi, nelle abitazioni e nei servizi comunali nei pozzi, nell'industria alimentare sono dotati di contenitori con prodotti liquidi, nella metallurgia, nell'industria farmaceutica, nell'industria petrolifera, ecc.

Misuratori di livello capacitivi

La sonda del sensore e la parete conduttiva del serbatoio formano a piastre del condensatore… Invece di una parete conduttiva, è possibile utilizzare un tubo speciale per il montaggio sulla sonda della sonda o una seconda sonda separata con messa a terra. La sostanza tra le piastre funge da dielettrico del condensatore: aria o materiale il cui livello viene monitorato.

Ovviamente, quando il serbatoio sarà pieno, la capacità elettrica del condensatore cambierà gradualmente. Con un serbatoio vuoto, la capacità elettrica avrà un certo valore e nel processo di spostamento dell'aria cambierà. Aumentando il prodotto nel serbatoio cambia la capacità del condensatore formato dal sensore e dal serbatoio.

L'elettronica del sensore converte la variazione di capacità in una variazione di livello.Se la forma del serbatoio è insolita, viene utilizzata una seconda sonda, poiché le piastre del condensatore formato devono essere posizionate verticalmente. Il livello massimo raggiunge i 30 metri. La precisione non è inferiore a un terzo di punto percentuale. Temperatura di esercizio fino a +800 ºС, a seconda del modello. Il tempo di ritardo è regolabile.

I sensori di livello capacitivi vengono utilizzati principalmente per monitorare il livello dei liquidi in molti ambiti dove è necessario mantenere un certo livello del prodotto: nella produzione di bevande, prodotti chimici domestici, negli impianti di produzione di acqua, in agricoltura, ecc.

Indicatori di livello magnetici

C'è un magnete permanente galleggiante sul driver. Interruttori magnetici sensibili sono installati all'interno del driver. Il funzionamento sequenziale degli interruttori durante il riempimento o lo svuotamento del serbatoio provoca la variazione della corrente nelle singole parti.

Il principio è così semplice che questi misuratori di livello non richiedono regolazioni e sono quindi economici e popolari. I vincoli sono introdotti solo dalla densità del liquido. Temperatura di esercizio fino a +120 ºС. Il limite di spostamento è di 6 metri.

Il manometro magnetico è una soluzione conveniente per la misurazione del livello di liquidi in molti settori.

Riflessometri a microonde

A differenza dei dispositivi di misurazione radar, qui l'onda non si propaga all'aria aperta, ma lungo la sonda del dispositivo, che può essere una corda o un bastone. L'impulso dell'onda viene riflesso dall'interfaccia tra due mezzi con diverse costanti dielettriche e ritorna indietro, e il tempo tra il momento della trasmissione e il momento della ricezione viene fissato dall'elettronica e convertito in un valore di livello.

L'uso di una guida d'onda evita l'effetto parassitario di polvere, schiuma, ebollizione, nonché l'influenza della temperatura ambiente. La costante dielettrica del mezzo misurato non deve essere inferiore a 1,3e.

Gli indicatori di livello a riflettore possono essere utilizzati laddove il radar non può funzionare a causa del diagramma di radiazione, ad esempio in serbatoi alti e stretti. Limite di misura 30 metri. Temperatura di esercizio fino a +200 ºС. Precisione entro 5 mm.

I trasmettitori di livello a microonde Reflex possono essere utilizzati per monitorare continuamente il livello di liquidi e solidi non conduttivi e conduttivi, nonché per misurarne la massa e il volume. Applicabile in molti settori.

Trasmettitori di livello bypass

Una colonna di misurazione si trova sul lato della nave. Il liquido riempie il tubo e ne viene misurato il livello. Il principio della comunicazione navale. Un magnete galleggia sulla superficie del liquido nel tubo e vicino al tubo galleggia un sensore magnetostrittivo che converte la distanza dal magnete in un segnale di corrente.

Il tubo ha piastre indicatrici di diversi colori che cambiano la loro posizione sotto l'influenza del campo magnetico del magnete. A causa del fatto che non c'è contatto del liquido con l'ambiente esterno, i trasmettitori di bypass sono applicabili nell'industria alimentare e farmaceutica. Limitazione del livello di misurazione a 3,5 metri. Precisione entro 0,5 mm. Temperatura di esercizio fino a +250 ºС.

I dispositivi di misurazione del bypass sono applicabili quando è richiesto il controllo visivo del livello del liquido: nell'industria termoelettrica, nell'industria chimica, nel settore residenziale, nell'industria elettrica, nell'industria alimentare e nell'industria petrolifera e del gas.

Trasmettitori di livello magnetostrittivi

La guida flessibile o rigida contiene un galleggiante con un magnete incorporato. Lungo il conduttore si trova una guida d'onda, attorno alla quale un campo magnetico radiale viene eccitato da impulsi di corrente attraverso la bobina. Quando questo campo magnetico collide con il campo magnetico del magnete permanente del galleggiante, la guida d'onda magnetostrittiva subisce una deformazione plastica altamente dinamica.

Come risultato di questa deformazione, l'onda ultrasonica si propaga lungo la guida d'onda e viene fissata da un trasduttore elettronico ad un'estremità. Il confronto tra l'istante dell'impulso di trigger e il tempo in cui si verifica l'impulso di deformazione determina la posizione del galleggiante. Il limite del livello di misurazione raggiunge i 15 metri. Precisione entro 1 mm. Temperatura di esercizio fino a +200 ºС.

I manometri magnetostrittivi sono utilizzati nell'industria chimica per monitorare il livello di liquidi schiumogeni, nell'industria alimentare e nella metallurgia per monitorare il livello di liquidi alimentari e carburanti.

Molti indicatori di livello

Un carico è collegato a un cavo o nastro avvolto su un tamburo. Quando si installa il sensore sul coperchio del serbatoio, diventa possibile ridurre il carico nel serbatoio. Il motore elettrico fa ruotare il tamburo e il carico scende lungo il cavo. Quando il peso tocca la superficie del materiale da misurare, la tensione nella fune viene rilasciata e questo segnala il livello del materiale. La fune si avvolge nuovamente attorno al tamburo, sollevando nuovamente il carico.

L'elettronica calcola il livello in base al numero di giri del tamburo. Tale sensore è adatto per il rilevamento di sostanze con una densità di 20 kg per m3. Limitazione del livello di misurazione a 40 metri.Precisione da 1 a 10 cm, a seconda della modifica. L'intervallo di misurazione è impostato dall'utente e può variare da 6 minuti a 100 ore. Temperatura di esercizio fino a +250 ºС.

I misuratori multi-batch sono utilizzati in vari settori per controllare il livello di materiali sfusi nei sistemi automatizzati.